不同茶葉中咖啡因的提取

李凡姝，張煥麗，馬　慧，崔曉彤，王　霞，劉　娣，肖志剛

（沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧沈陽　110034）

不同茶葉中咖啡因的提取

李凡姝，張煥麗，馬慧，崔曉彤，王霞，劉娣，*肖志剛

（沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧沈陽110034）

采用索氏抽提法提取茶葉中的咖啡因，以95%乙醇為提取劑，利用生石灰中和乙醇提取液中含有的單寧酸，使咖啡因從提取液中游離出來，然后采用升華法使咖啡因結(jié)晶，對提取出的咖啡因樣品用紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定其成分。主要測定了市售各類不同產(chǎn)地茶葉中咖啡因含量，并對其中一種茶葉——鐵觀音不同加工方法（以其價位或等級作為參考）的咖啡因含量進(jìn)行粗略評價。在試驗(yàn)過程中，對相關(guān)試驗(yàn)條件（如提取劑體積、升華時間等）作了初步探討。

茶葉；索氏抽提法；提取劑；升華法；咖啡因

咖啡因是一種可以使大腦神經(jīng)中樞興奮的物質(zhì)，具有舒張血管、促進(jìn)血液循環(huán)、預(yù)防高血壓、預(yù)防心肌梗塞等藥理作用和生理作用，是非常重要的醫(yī)用工業(yè)原料，歷來為食品界、醫(yī)學(xué)界人士所重視，具有較廣泛地應(yīng)用前景。

從茶葉中提取咖啡因的研究，早在1927年Oudry就從茶葉中分離出咖啡因，接著對其進(jìn)行提取、純化等研究［1］?？Х纫虻奶崛》椒ㄖ饕腥軇┓ā⑸A法、吸附法和超臨界二氧化碳提取法（SFE法）等4種，其中的試驗(yàn)方法包括浸提法、微波提取法、索式提取法、超聲波提取法等［2］。還有一些其他方法用于咖啡因的測定，如原子吸收法［3］、近紅外分光光度法［4］等，隨著對咖啡因研究的不斷深入，尤其是咖啡因作為兩大世界性飲品茶葉和咖啡的主要成分，擁有廣闊的應(yīng)用前景，一定還會有一些新的測定方法出現(xiàn)。

本次試驗(yàn)樣品均從同一家超市購買，品質(zhì)處于中上等，挑選合理的茶葉作為試驗(yàn)材料，盡可能減少由實(shí)驗(yàn)者帶來的系統(tǒng)誤差。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

鐵觀音（福建安溪）A，B，C，D；綠毛峰（安徽黃山）；龍井（浙江杭州）；毛尖（河南信陽）；95%乙醇（分析純）；生石灰（分析純）；蒸餾水（實(shí)驗(yàn)室自制）；咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品（分析純）。

1.2儀器與設(shè)備

索氏提取器；ZDHW型電熱套，鄭州博科儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；FA2004型電子天平，上海衡平儀器有限公司產(chǎn)品；FA1204B型分析天平，北京中儀友信科技有限公司產(chǎn)品；蒸發(fā)皿（100 mL）；研缽；玻璃棒；玻璃漏斗（75 mL）。

1.3試驗(yàn)步驟

（1） 抽提。將茶葉研成粉末狀，稱取5.00 g裝入濾紙?zhí)淄矁?nèi)，并用脫脂棉線系好放在抽提筒中，延長一端線頭伸至抽提筒外，濾紙筒高度要低于虹吸管。用量筒量取70～90 mL乙醇加入燒瓶內(nèi)，安裝好裝置，用電熱套加熱，連續(xù)抽提1.5 h［5］。

（2）濃縮。關(guān)閉電熱套開關(guān)，待乙醇冷卻至無冷凝液滴下時，將濾紙筒拿出繼續(xù)加熱，蒸發(fā)大部分乙醇，待燒瓶中提取液濃縮至10 mL左右停止加熱，待圓底燒瓶冷卻后進(jìn)行過濾［6］，將抽提筒內(nèi)乙醇倒入回收瓶內(nèi)。

（3）蒸發(fā)。將提取液倒入蒸發(fā)皿中，加入3.00 g研細(xì)的生石灰，用電熱套小火加熱至蒸干，不斷攪拌壓碎塊狀物，用小鐵匙刮下邊緣粉末并翻炒片刻，除去水分。

（4）升華。用鐵架臺固定蒸發(fā)皿，在蒸發(fā)皿上蓋1張刺有許多小孔且孔刺向上的濾紙，將漏斗頸部塞一小團(tuán)疏松棉花倒扣在濾紙上方并壓緊濾紙，將濾紙邊緣折起防止氣體溢出。用電熱套加熱，升華結(jié)晶［7］。

（5）收集。冷卻后，輕輕取下漏斗，將漏斗內(nèi)壁及濾紙上的白色晶體用刮刀輕輕刮下，殘?jiān)?jīng)攪拌后，用較大火再次升華，待有棕色氣體出現(xiàn)時停止加熱，收集2次咖啡因結(jié)晶稱量，并記錄數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與分析

試驗(yàn)用5.00 g茶葉與乙醇反應(yīng)，虹吸時間為1.5 h，濃縮后加3.00 g生石灰吸水，結(jié)晶時間為1～2 h。測定3組平行試驗(yàn)結(jié)果，取其平均值。由于系統(tǒng)誤差，濃縮時間為30～40 min、蒸干時間為30～40 min，但這2個因素對試驗(yàn)結(jié)果沒有很大影響，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

2.1不同提取劑添加量提取咖啡因結(jié)果

不同提取劑添加量提取鐵觀音A的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄見表1，不同提取劑添加量提取鐵觀音B的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄見表2，不同提取劑添加量提取鐵觀音C的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄見表3，不同提取劑添加量提取鐵觀音D的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄見表4。

表1　不同提取劑添加量提取鐵觀音A的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄

由表1～表4可知，由于鐵觀音中咖啡因含量較少，晶體含量很少，提取率較低，但80 mL乙醇提取咖啡因的提取率優(yōu)于70，90 mL，且差異較明顯。本次試驗(yàn)結(jié)果以80 mL乙醇作為最優(yōu)提取劑添加量，其最優(yōu)提取劑含量需進(jìn)一步優(yōu)化梯度試驗(yàn)證明。

表2　不同提取劑添加量提取鐵觀音B的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄

表3　不同提取劑添加量提取鐵觀音C的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄

表4　不同提取劑添加量提取鐵觀音D的咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄

2.2不同結(jié)晶時間提取咖啡因結(jié)果

結(jié)晶時間對鐵觀音D中咖啡因影響結(jié)果記錄見表5，結(jié)晶時間對綠毛峰中咖啡因影響結(jié)果記錄見表6，結(jié)晶時間對龍井中咖啡因影響結(jié)果記錄見表7，結(jié)晶時間對毛尖中咖啡因影響結(jié)果記錄見表8。

表5　結(jié)晶時間對鐵觀音D中咖啡因影響結(jié)果記錄

表6　結(jié)晶時間對綠毛峰中咖啡因影響結(jié)果記錄

表7　結(jié)晶時間對龍井中咖啡因影響結(jié)果記錄

表8　結(jié)晶時間對毛尖中咖啡因影響結(jié)果記錄

本次試驗(yàn)測定結(jié)晶時間對試驗(yàn)結(jié)果的影響程度，其中干粉的顏色也會隨結(jié)晶時間長短變化。由表5～表8可知，若結(jié)晶時間較短，則結(jié)晶不完全，干粉顏色較淺，晶體含量少；結(jié)晶時間延長，干粉顏色變化明顯，但晶體在2 h之后由于已結(jié)晶出大部分咖啡因，因而變化不太明顯。本次試驗(yàn)基本以2 h結(jié)晶時間作為最優(yōu)條件，2～2.5 h之間的最優(yōu)方案需作進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)。

2.3不同地區(qū)茶葉提取咖啡因結(jié)果

不同地區(qū)茶葉提取咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄見表9。

表9　不同地區(qū)茶葉提取咖啡因試驗(yàn)結(jié)果記錄

由表9可知，不同地區(qū)茶葉咖啡因含量差異較大，本試驗(yàn)中綠毛峰（安徽黃山）咖啡因含量明顯高于其他各類名茶，鐵觀音（福建安溪）位居第二，龍井（浙江杭州）及毛尖（河南信陽）含量較低。

3　結(jié)論

本試驗(yàn)利用索氏抽提法測定茶葉中的咖啡因含量，對不同地區(qū)、不同品種、不同等級的茶葉中含有咖啡因量進(jìn)行測定及分析。結(jié)果顯示，以95%乙醇80 mL抽提1.5 h，升華2 h為最優(yōu)試驗(yàn)條件；從5.00 g干茶葉粉末中提取咖啡因，綠毛峰所含咖啡因含量最高，提取率為1.41%。

索氏抽提法提取茶葉中咖啡因，操作簡單、成本低、易于學(xué)生掌握，但耗時較長，所得咖啡因純度不高，需經(jīng)過更進(jìn)一步的重結(jié)晶或其他純化步驟。

不同品種、不同地區(qū)的茶葉中，其咖啡因的含量是不同。對于消費(fèi)者而言，飲茶雖有助于身體健康，但也不是飲用越多越好，針對不同的茶葉，適量飲用，才更有利于身體健康。

4　應(yīng)用前景

由于茶葉中所含的咖啡因會使人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮，影響人們睡眠、增加血壓等不利影響，不利于對神經(jīng)衰弱者、孕婦、老人、兒童的長期飲用。所以，提取出茶葉中的咖啡因，可制出既保持茶葉獨(dú)特風(fēng)味和有效營養(yǎng)成分且含咖啡因量較低的茶及茶制品，在市場上受到特殊消費(fèi)者的歡迎。另一方面，提取出的咖啡因可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)或其他行業(yè)，滿足其越來越緊俏的市場需求，增值增收。同時，咖啡因可由人工合成和天然提取。由于人工合成的咖啡因容易含有原料殘留，若長期接觸會產(chǎn)生殘毒作用，對機(jī)體產(chǎn)生有害影響。因此，有些國家已經(jīng)禁止在飲料中使用人工合成的咖啡因，由此天然咖啡的身價倍增。而我國擁有的咖啡、可可豆等咖啡因含量高的天然產(chǎn)物資源有限，雖然茶葉含有的咖啡因含量較低，但是我國是產(chǎn)茶大國，資源豐富。在茶葉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量下腳料，當(dāng)茶葉生產(chǎn)過剩時，低檔茶葉大量積壓［8］，可作為生產(chǎn)咖啡因的潛在有效資源，同時實(shí)現(xiàn)資源的再生利用，延長產(chǎn)業(yè)鏈。

目前，我國雖然尚未生產(chǎn)脫咖啡因茶，但我國已經(jīng)有足夠能力制造大型萃取裝置供于工廠生產(chǎn)，并在不斷的完善當(dāng)中，完全能夠工業(yè)化地生產(chǎn)出較好的脫咖啡因茶，滿足老人、兒童等特殊人群的飲茶習(xí)慣及需求，使這些消費(fèi)者既能享受到飲茶的樂趣，又盡可能減少因茶葉中含有的咖啡因會對睡眠和心臟功能等帶來的不利影響。從茶葉中提取咖啡因是近年來研究的熱點(diǎn)，提取咖啡因的技術(shù)會越來越先進(jìn)，預(yù)計(jì)今后我國茶葉和咖啡因的出口將持續(xù)看好，前景光明［8］。

［1］安徽農(nóng)學(xué)院主編.茶葉生物化學(xué) ［M］.第2版.北京：北京農(nóng)業(yè)出版社，1982：265-276.

［2］盛貽林.茶葉中咖啡因提取實(shí)驗(yàn)方法的比較及改進(jìn) ［J］.生物學(xué)雜志，2007，24（1）：75-76.

［3］吉川聰一郎，下門九.茶葉研究報告（日）［J］.1997，85（增刊）：88-89.

［4］丁寧，夏賢明，劉寶發(fā).綠茶咖啡堿的近紅外測定 ［J］.中國茶葉，1989（2）：18-19.

［5］劉亞紅.茶葉中咖啡因的提取 ［J］.化工時刊，2016，30（2）：29-32.

［6］江蓉，王艷芳，殷麗娟.不同茶葉中咖啡因的提取及其測定 ［J］.黃山學(xué)院學(xué)報，2011，13（3）：32-35.

［7］魏金芳，張相平.茶葉中咖啡因的提取研究 ［J］.唐山師范學(xué)院學(xué)報，2011，33（2）：18-20.

［8］劉俊武，謝培銘.從茶葉中提取天然咖啡因技術(shù)綜述 ［J］.云南化工，1998（4）：10-14.◇

Extraction of Caffeine from Different Tea

LI Fanshu，ZHANG Huanli，MA Hui，CUI Xiaotong，WANG Xia，LIU Di，*XIAO Zhigang
（Grain College，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning 110034，China）

The experiment of Soxhlet extraction in the extraction of tea caffeine，experiment with 95%ethanol as the extraction agent，using lime neutralization ethanol extract contains tannic acid，that caffeine free from the extract，then using the sublimation method makes caffeine crystallization，to extract caffeine samples with the structure identification of infrared spectra，determine its composition.Mainly determine the market all kinds of different origin caffeine content in tea，and one of the tea：tieguanyin the different processing methods（with its price or level as a reference） makes a rough evaluation of caffeine content.During the experiment，the related experimental conditions such as extracting agent volume，sublimation time are simply discussed.Improved some issues encountered in the process of the experiment of solution.

tea；Soxhlet；extraction agent；sublimation method；caffeine

TS272.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.038

1671-9646（2016）08b-0033-03

2016-07-25

遼寧省“百千萬人才工程”資助項(xiàng)目（2013921038）；沈陽市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（F14-104-3-00）；遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀科技人才支持計(jì)劃（第一層次）資助專項(xiàng)（LR2015062）。

李凡姝（1991— ），女，在讀碩士，研究方向?yàn)樯锘ぁ?/p>

肖志剛（1972— ），男，博士，教授，研究方向?yàn)榧Z食油脂及植物蛋白工程。